程丙坤　李文

摘要：伴隨著國產(chǎn)智能手機的崛起及智能化物聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展，作為消費電子產(chǎn)品的“心臟”或“大腦”，半導體芯片（IC）在國內(nèi)的需求越來越大。文章針對半導體行業(yè)對變節(jié)距存在的廣泛需求，從工藝制定、運動原理、具體結(jié)構(gòu)、設計注意事項、安裝調(diào)試五個維度提出了解決方案，希望能夠給相關(guān)從業(yè)者帶來一些借鑒或啟發(fā)。

關(guān)鍵詞：半導體芯片；IC；快速變節(jié)距機構(gòu)；pitch；國產(chǎn)智能手機；智能化物聯(lián)網(wǎng) 文獻標識碼：A

中圖分類號：TN452 文章編號：1009-2374（2017）11-0005-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.11.003

近年來，伴隨著國產(chǎn)智能手機的崛起及智能化物聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展，作為消費電子產(chǎn)品的“心臟”或“大腦”，半導體芯片（IC）在國內(nèi)的需求越來越大。據(jù)報道，過去幾年，中國制造了全球超過70%的智能手機、超過75%的平板電腦、超過80%的STB、約80%的筆記本電腦、50%的DTV、88%的顯示器，日漸增長的市場份額產(chǎn)生了龐大的IC需求。伴隨著需求的增長及國家對半導體集成電路行業(yè)的大力投資和支持，中國半導體產(chǎn)業(yè)從無到有，從小到大，開始迎來快速發(fā)展，半導體加工工藝及技術(shù)也受到越來越多從業(yè)者的關(guān)注。

在半導體芯片加工過程中，在singulation（切單顆）工藝之后，經(jīng)常需要變換節(jié)距（pitch）。因為剛剛切割后的芯片是一粒一粒挨著的，中間只有一個金剛石砂輪厚度的間隙（半導體的切割砂輪通常都比較窄，有的甚至只有約0.4mm的厚度），如此小的間隙，要轉(zhuǎn)到托盤里進行后續(xù)加工例如清洗，就不能讓它們一粒一粒挨著，否則難以清洗干凈，變節(jié)距的需求應運而生。如何實現(xiàn)這個目的呢？筆者憑借著在夾具設計及自動化領域多年的設計經(jīng)驗，給出了一個解決方案。實踐證明，這一方案是成功的，它結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉、效率高、穩(wěn)定可靠，對工件沒有傷害，特別適合芯片行業(yè)大規(guī)模生產(chǎn)使用。

傳統(tǒng)的變節(jié)距辦法是通過工人手持真空吸頭腳踩真空開關(guān)一粒一粒地吸和放，單調(diào)枯燥，勞動強度大，效率低，成本高，精度達不到要求，質(zhì)量無法保證，難以滿足大規(guī)模生產(chǎn)的需要，再加上目前在珠三角和長三角一帶持續(xù)發(fā)酵的用工荒，基本決定了自動化是此工藝唯一可行的方案。下圖是一種在生產(chǎn)實踐中已經(jīng)證明其可行性的變節(jié)距工藝：首先將切割好的芯片（芯片之間有一個金剛石砂輪的間隔約0.4mm）吸放到變節(jié)距機構(gòu)的托板上（參見圖3的托板1～7），X方向（水平方向）拍一拍使芯片顆顆靠緊，Y方向（豎直方向）拍一拍使芯片排列整齊，這樣就完全消除了來料可能存在的各種誤差，然后開啟托板上的真空將芯片緊緊吸住（為了保證足夠的吸力，真空度要達到-80kPa以上，托板的表面粗糙度要達到1.6以上，氣管接頭處加螺紋膠），氣缸運動將滑板（參見圖2滑板1～6，托板固定在滑板上跟隨滑板一起運動）拉開，芯片跟著滑板運動變成右邊帶有指定間隙a的一列，然后就可以用一排帶有同樣間隔a的真空吸頭（注意：為了不傷害工件，固定真空吸頭的機構(gòu)必須設計成帶一定的彈性，防止吸頭和工件硬碰硬的接觸）將它們吸放到下一個工位進行后續(xù)加工。

那具體用什么機構(gòu)去實現(xiàn)呢？如下剖面圖所示，用一個氣缸加一套簡單常用的機構(gòu)，在氣缸伸出的一剎那（約1秒左右）就能實現(xiàn)所有芯片的變節(jié)距，方便快捷。

如圖2所示，滑板從左到右依次編號為滑板1～滑板6。氣缸通過氣缸作用板帶動變節(jié)距板運動，6個滑板通過內(nèi)置的無油襯套（注：無油襯套是鋼金屬底層、青銅燒結(jié)層與含填充劑的聚四氟乙烯樹脂層的復合產(chǎn)品，作用是能夠防止滑板和導向桿直接接觸，能夠在它們之間形成持續(xù)的潤滑膜，減小摩擦力，延長機構(gòu)的使用壽命，磨損后又比較容易更換。但安裝時應注意：壓入無油襯套時，需利用臺鉗或沖壓機靜靜壓入。為方便壓入，建議在滑塊端部進行倒角處理，對滑塊內(nèi)徑、襯套外徑涂抹少量潤滑油），套在2根導向桿上（導向桿要表面淬火使HRC>58，外圓面要磨削使表面粗糙度達到0.4，兩端面磨削使表面粗糙度達到0.8），2根導向桿一端固定在左立板的精孔里限定桿的位置，另一端端面固定在右立板上，先將兩端面的螺絲帶上，待滑動6個滑塊順暢后，慢慢鎖緊一點，把這兩個動作反復幾次，這樣讓滑塊自動調(diào)節(jié)2桿的相互平行度，待滑塊都運動順暢后就可以徹底鎖緊了。工件放在托板上，左起第一個托板固定在左立板上，其余6個托板依次固定在滑板1～6上（托板和滑板等寬，尺寸等于工件的寬度，但公差為正公差，這樣當氣缸收縮時，氣缸的擠壓力就作用在滑塊/托板上，工件只是輕輕地碰在一起，避免了對工件的傷害），托板上有孔和真空接頭連通，以便在真空接通時吸住工件，使之始終和滑板一起運動，保證工件位置的精確。運動原理：氣缸帶動變節(jié)距板，變節(jié)距板首先帶動最右端的滑板6往右運動一段距離a，此時變節(jié)距板右起第一臺階碰到滑板5，從而帶動滑板5一起往右運動一段距離a，然后變節(jié)距板右起第二臺階碰到滑板4，帶動滑板4一起往右運動一段距離a……，最后變節(jié)距板右起第五臺階碰到滑板1，帶動滑板1往右運動一段距離a后碰到上/下?lián)醢宓呐_階停止運動，其他各編號滑板也依次碰到上/下?lián)醢宓呐_階而停止運動，這樣就達到了帶動芯片運動并將它們分開的目的。

設計時的注意事項：（1）變節(jié)距板的各臺階間隔要和上/下?lián)醢宓母髋_階間隔相同且標注合適的公差，既要避免運動時產(chǎn)生干涉現(xiàn)象，又要避免讓滑板和上/下?lián)醢逯g有間隙導致工件位置不精確，同時由于各個滑板都同時碰到上下立板，分散了氣缸對單個滑板的作用力，保持了滑板的精度；（2）為保證各運動部件相對位置的精確性，最好在安裝底板上打上定位孔，通過定位銷將左/右立板及上/下?lián)醢骞潭ㄔ诎惭b底板上，這樣通過加工精度來保證了安裝的精度，大大減少了對安裝的精度要求及調(diào)機的勞動強度，又方便以后的維修及快速更換；（3）調(diào)節(jié)氣缸的節(jié)流閥，使氣缸運動速度保持在合理水平，既要保證cycle time，又要防止產(chǎn)生大的沖擊及噪聲。

為便于讀者對其結(jié)構(gòu)有個直觀認識，給出了其立體圖3供參考。注：氣缸、左/右立板、上/下?lián)醢宥脊潭ㄔ诎惭b底板上，氣缸為兩端帶油壓緩沖器的導軌氣缸[這里油壓緩沖器有兩個作用：減輕氣缸行程末端的沖擊力；調(diào)節(jié)行程。因為大多數(shù)情況下（n-1）*a都不會剛好和氣缸行程相等，所以調(diào)行程必不可少。例如假設本文的a=0.5mm，那行程=（7-1）*0.5=3mm，很顯然沒有這樣行程的氣缸，導軌氣缸的最小行程為10mm，像這樣的情況，就只有讓氣缸在伸出3.5mm時為狀態(tài)1，伸出6.5mm時為狀態(tài)2，兩端油壓緩沖器的調(diào)節(jié)行程都為3.5mm]。

如果各個芯片之間的間隔不是a，而是b，那么將圖2所示機構(gòu)的上/下?lián)醢寮白児?jié)距板的各臺階間隔距離由a的1/2/3/4/5/6倍改為b的1/2/3/4/5/6倍即可。如果要求各個芯片之間的間隔各不相等，那同樣將圖2所示機構(gòu)的上/下?lián)醢寮白児?jié)距板的各臺階間隔距離修改成各不相同即可。如果要求變節(jié)距的工件數(shù)n發(fā)生變化，則因為第一個工件安裝在左立板上做基準，后面的工件才安裝在滑塊上，所以滑塊數(shù)應改為n-1，從圖2可知，上/下?lián)醢迳系呐_階數(shù)應變?yōu)閚個，變節(jié)距板上的臺階數(shù)應變?yōu)閚-1個。例如要求變節(jié)距的工件數(shù)由目前的7件變?yōu)?0件，則滑板數(shù)由目前的6個增加到9個，上/下?lián)醢迳系呐_階數(shù)由7個增加到10個，變節(jié)距板上的臺階數(shù)由6個增加到9個。精度方面，可以根據(jù)工藝要求、加工能力及成本來綜合設定，一般加工精度要比最終的工藝要求高1～2個等級或加工誤差為最后總誤差的20%～30%。

此機構(gòu)（指帶此機構(gòu)的機器）使用前后的收益對比：

可見此機構(gòu)雖小，卻質(zhì)量可靠、效率高且適應范圍廣，在工業(yè)生產(chǎn)上有廣闊的應用前景。

參考文獻

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作者簡介：程丙坤（1969-），男，湖北天門人，東莞新科技術(shù)研究開發(fā)有限公司高級工程師，研究方向：機器換人或自動化設備開發(fā)設計與研究；李文（1979-），男，湖北荊門人，東莞市卓安精機自動化設備有限公司高級工程師，研究方向：新能源鋰電池設備開發(fā)設計。

（責任編輯：黃銀芳）